## PENGARUH MEDAN MAGNET TERHADAP PRESTASI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER
Nugraha Munthe 1 , Syahril Gultom 2 , Tulus B. Sitorus 3 , Dian M. Nasution 4 , Zulkifli Lubis 5 1.2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara E-mail : nugraha_munthe@yahoo.com

## ABSTRAK
Objek dalam penelitian ini adalah mesin diesel stasioner satu silinder, Smart Engine Test Bed TD  111  MK  II  dengan  pengaruh  medan  magnet,  dimana  magnet  dipasangkan disaluran pompa minyak. Adapun variasi medan magnet yang digunakan dalam pengujian ini adalah magnet X (2500 Gauss), magnet Y (2000 Gauss) dan magnet Z (350 Gauss). Tujuan dilakukan pengujian ini adalah untuk mengetahui pengaruh besar medan magnet terhadap  prestasi  mesin  diesel  stasioner  satu  silinder.  Penelitian  ini  menggunakan serangkaian  pengujian  prestasi  mesin  diesel  satu  silinder  dengan  pembacaan instrumentasi secara langsung dan perhitungan menurut Willard Pulkrabek. Variasi beban yang  digunakan  adalah  3,5  kg  dan  4,5  kg  dengan  kombinasi  variasi  putaran  1600  rpm, 1800  rpm,  2000  rpm,  2200  rpm,  2400  rpm  dan  2600  rpm  dengan  mengunakan  bahan bakar  solar.  Dari  hasil  pengujian  diperoleh  dengan  menggunakan  magnet  X  pada pembebanan  4,5  kg  putaran  2600  rpm  didapat  daya  poros  yaitu  :  3,28  kW,  nilai  SFC terendah  yaitu  :  93  g/kWh,  nilai  AFR  tertinggi  diperoleh  yaitu  :  52,80,  nilai  efisiensi termal tertinggi yaitu : 21,72 % dan heat loss tertinggi yaitu 24,98%.
Kata kunci : pretasi mesin, magnet, medan magnet, putaran, beban statik, Gauss

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan  teknologi  saat  ini  sangatlah  pesat  ditandai  dengan  munculnya berbagai  teknologi  tepat  guna  yang  mempermudah  manusia  melakukan  berbagai kegiatan. Perkembangan teknologi ini diikuti pula akan konsumsi energi. Minyak bumi adalah salah satu sumber energi yang paling pokok yang dipakai di banyak negara.  Harga  minyak  dunia  yang  bersumber  dari  fosil  saat  ini  semakin meningkat, sementara cadangan minyak dunia terbatas terutama cadangan minyak Indonesia  yang  diperkirakan  ketersediaanya  sebesar  86,9  miyal  barel.  Jumlah tersebut  diperkirakan  hanya  dapat  memenuhi  kebutuhan  energi  dalam  negri selama  23  tahun  ke  depan  (Anonim,  Departemen  Energi  dan  Sumber  Daya Mineral, 2005) [1].
Keterbatasan  bahan bakar yang terjadi  ini dengan sendirinya menjadikan  para akademisi  serta  ilmuawan  mencari  solusi  dengan  yang  efektif  dan  ringkas, mengingat  sumber  bahan  bakar  minyak  kita  berasal  dari  fosil  sudah  sangat terbatas.  Beberapa  upaya  dilakukan  dalam  penelitian  guna  mendapatkan  bahan bakar  alternatif  yang  mudah  di  dapatkan  dan  ekonomis  tetapi  hal  itu  juga mengalami banyak kekurangan karena penambahan bahan - bahan additif tersebut belum tentu tidak mempengaruhi struktur bahan bakar dan berakibat pada proses pembakaran  di  dalam  ruang  bakar  yang  kurang  sempurna  dan  efisien.  Sebab  itu banyak juga perubahan yang dilakukan pada mesin guna pemakaian bahan bakar yang  mengalami  perubahan  struktur.  Hal  ini  juga  bersifat  tidak  ekonomis  dan praktis,  sehingga  perlu  dilakukan  upaya  yang  lain  seperti  menemukan  cara
menekan  konsumsi  bakan  bakar  tanpa  menambah  atau  mengurangi  struktur molekul yang ada pada bahan bakar.
Salah satu cara alternatif yang dapat digunakan dalam menekan konsumsi bahan  bakar  tanpa  mengesampingkan  prestasi  mesin  tersebut  dengan  proses “ionisasi medan magnet” dimana pemasangan magnet pada saluran minyak dapat mempengaruhi  struktur  atom-atom  dari  bahan  bakar  sehingga  struktur  atomnya lebih rapi pada saat proses pembakaran. Pemakain dari magnet untuk penghemat bahan bakar ini lebih praktis ketimbang pergantian atau pun penambahan bahan- bahan  adiktif  pada  bahan  bakar.  Pemakain  dari  magnet  untuk  menghemat  bahan bakar ini menunjukan ada tidaknya pengaruh terhadap konsumsi bahan bakar dan tanpa  mengesampingkan  prestasi  mesin  perlu  dilakukan  suatu  pengujian  yang dapat menganalisa pengaruhnya.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## Magnet
Magnet  merupakan  benda  yang  dapat  menarik  benda-benda  lain  di  sekitarnya seperti  besi,  baja,  dan  kobalt.  Seluruh  material  yang  mempunyai  sifat  magnet seperti  besi,  nikel,  dan  kobalt,  mempunyai  kutub  utara  (N,  north)  dan  kutub selatan  (S,  south).  Kutub  yang  sejenis  akan  tolak-menolak  dan  kutub  yang  tidak sejenis akan tarik menarik,

## Medan Magnet
Medan  magnet  adalah  daerah  disekitar  magnet  yang  dipengaruhi  oleh  gaya magnet.  Area  medan  magnet  itu  biasa  ditunjukkan  dengan  garis-garis  gaya magnet.  Karakteristik  yang  dimiliki  oleh  medan  magnet  diantaranya  adalah  :
1. Fluks/medan  magnet  dimulai  dari  kutub  U  dan  berakhir  di  kutub  S  suatu magnet atau magnet-magnet.
2. Arah  dari  fluks/medan  magnet  adalah  sesuai  dengan  arah  kutub  U  jarum magnet bila jarum berada dalam fluks.

## Magnetic Flux Density
Magnetic  Flux  Density  (magnetic  field  strengh) adalah  jumlah  fluks  magnet  yg keluar  dari  kutub  magnet  tiap  satuan  luas.  Dapat  dinyatakan  dalam  satuan  Tesla atau  Gauss  (1  T  =  10"  G).  Kuat  medan  magnet  ini  menunjukkan  energi  magnet yang dapat diberikan oleh suatu sumber magnet.

## Prinsip Kerja Magnet pada Saluran Bahan Bakar.
Proses  magnetisas  diperlukan  agar  bahan  bakar  lebih  mudah  mengikat  oksigen selama proses  pembakaran dan mengurangi   produk unburned hydrocarbon hasil proses  pembakaran  bahan  bakar.  Hal  inidisebabkan  ukuran  struktur  molekul bahan  bakar  akan  berubah  menjadi  ikatan  yang  lebih  kecil  akibat  magnetisasi. Ukuran molekul yang lebih kecil ini secara langsung akan berakibat pada semakin mudahnya  proses  pembakaran  dalam  ruang    bakar.  Dengan  kata  lain  proses
ISSN  0216-7492
magnetisasi  pada  bahan  bakar  akan  membuat    pembakaran  menjadi  lebih sempurna.
.[2]

## Mesin Diesel
Motor  diesel  adalah  sejenis  mesin  pembakaran  dalam,lebih  spesifik  lagi sebuah  mesin  kompresi  dimana  bahan  bakar  dinyalahkan  oleh  suhu  tinggi  gas yang  dikompresi  dan  bukan  oleh  alat  lain  (seperti  busi).  Mesin  diesel dikatagorikan  dalam  motor  torak  dan  mesin  pembakaran  dalam  (internal combustion  engine).  Prinsip  kerja  mesin  diesel  adalah  merubah  energi  kimia menjadi  energi  mekanis.Energi  kimia  di  dapat  melalui  proses  reaksi  kimia (pembakaran)  dari  bahan  bakar  (solar)  dan  oksider  (udara)  di  dalam  silinder (ruang bakar). Pembakaran pada mesin diesel terjadi karena kenaikkan temperatur campuran  udara  dan  bahan  bakar  akibat  kompresi  tinggi  torak  hingga  mencapai temperatur nyala.
Pembakaran  ini  dapat  terjadi  karena  udara  dikompresi  pada  ruangan  dengan perbandingan  kompresi  jauh  lebih  besar  daripada  motor  bensin,  yaitu  antara  14- 22. Akibatnya, udara akan mempunyai tekanan dan temperatur melebihi suhu dan tekanan penyalaan bahan bakar [3].

## Prestasi Mesin Diesel

## Torsi
Torsi  didefinisikan  sebagai  gaya  yang  bekerja  pada  jarak  momen  dan memiliki satuan N-m atau lbf-ft.
T = 𝑃 𝐵 .60 2𝜋.𝑛 … … … [4]

## Daya Poros
Semakin  tinggi  frekuensi  putar  motor  makin  tinggi  daya  yang  diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang  dialami  pada  waktu  yang  sama.  Dengan  demikian  besar  daya  poros  itu adalah :
P B = 2π. (n. T) 60 … … … [4]
Dimana :
P B = daya ( W )
T  = torsi ( Nm )
n  = putaran mesin (Rpm)

## Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan.
𝑆𝐹𝐶 = 𝑚 𝑓 ̇ 𝑥 10 3 𝑃 𝐵 … … … [4]
𝑚 f = S gf . V 𝑓 . 10 −6 𝑡 f 𝑥 3600 … … [4]
Dimana :
SFC   =konsumsi bahan bakar spesifik(kg/kw.h) P B
= daya (W)
ṁ f = konsumsi bahan bakar
Sgf = spesifik grafity

## T
= waktu (jam)

## Air Flow Ratio (AFR)
Air Flow Ratio/AFR merupakan ratio aliran massa udara dengan aliran massa bahan bakar yang terjadi di ruang bakar.
𝐴𝐹𝑅 = 𝑚 𝑎 𝑚 𝑓 = ṁ 𝑎 ṁ 𝑓 … … … [4]
Dimana :
ṁ 𝑎 = Laju aliran massa udara (    kg/jam )
ṁ 𝑓 = Laju aliran masa bahan bakar ( kg/jam )
Rentang  AFR  yang  normal  untuk  mesin  berpenyalaan  kompresi  (mesin diesel) dengan bahan bakar diesel adalah 18 ≤ AFR ≥ 70(Pulkrabek, 1997) [5]

## Efisiesi Thermal
Efisiensi  termal  merupakan  perbandingan  daya  keluaran  P B dalam  satuan KW, terhadap laju aliran bahan bakar m f dalam satuan kg/jam.
η b = 𝑃 𝐵 𝑚 𝑓 .  𝐶𝑉 𝑥 3600 … … … [4]
Dimana :
P B = daya (W)
ṁ f = konsumsi bahan bakar
Cv = kalor pembakaran

## Efisiesi Volumetris
Besarnya dari nilai efisiensi volumetris yang terjadi pada motor diesel ini pada  masing-masing  pengujian  dengan  menggunakan  variasi  beban,  variasi putaran dan variasi magnet ditung dengan menggunakan persamaan berikut :
Efisiensi Volumetris
( 𝜂 𝑣 )   = 1 60 𝑁 2𝑚 𝑎 ̇ 𝜌 𝑎 𝑉 𝑠 … … … [4]
Dimana :
𝑚̇ 𝑎 = Laju aliran massa udara (kg/jam)
N = Putaran mesin (rpm) 𝜌 𝑎
= Densitasudara (kg/m 3 )
𝑉 𝑠 =  Volume  langkah  torak  (m 3 =  0,00023  m 3 [berdasarkan    spesifikasi mesin]

## Heat Loss
Heat  loss  pada  saluran  buang  atau  dapat  dikatakan  sebagai  besar kehilangan energi yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas.
Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
% Heat Loss = (ma x mf)x (Te – Ta ) … … … [4]
Dimana:
Te = suhu gas keluar exhaust manifold
Ta  = Suhu lingkungan (27 o C)

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Metode pengumpulan data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :
a. Data  primer,  merupakan  data  yang  diperoleh  langsung  dari  pengukuran  dan pembacaan  pada  unit  instrumentasi  serta  alat  ukur  pada  masing-masing pengujian.
b. Data  sekunder,  merupakan  data  yang  diperoleh  dari  hasil  penelitian  bahan bakar solar dan dengan menggunakan magnet pada saluran minyak.

## Metode Pengolahan Data
Data  yang  diperoleh  dari  data  primer  dan  data  sekunder  diolahdata  dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik

## Pengamatan dan Tahap Pengujian
Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah :
1. Daya ( P )
2. Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc )
3. Efisiensi thermal (𝜂 𝑏 )
4. Air Flow Ratio (AFR)

## Skema pengujian performansi
Adapun skema pada pengujian performansi  ini dapat  dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar 3.1 Skema pengujian performansi
Keterangan gambar :
1. Flow Meter Bahan Bakar
2. Tachometer (rpm)
3. Torsi meter (Nm)
4. Exhaust temperature ( o C)
5. Tombol ON/OFF
6. Manometer (mmH 2 O)
7. Mesin TD-111
8. Dynamometer
9. Exhaust Muffler
10. Udara keluaran.

## Prosedur Pengujian Prestasi Mesin Diesel
Pengujian dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
a. Pengujian dengan bahan bakar solar tanpa menggunakan magnet.
1. Mengoperasikan mesin dengan cara memutar engkol dan memanaskan mesin selama  5  menit.  Mengatur  kecepatan  aliran  air  yang  masuk  ke  dalam dynamometer .
2. Mengatur putaran mesin pada 1600 rpm dengan menggunkan tuas kecepaatan dan  memastikan  mesin  dengan  melihat  data  analog  pada  instrumen tachometer.
3. Meletakkan  beban  statis  pada  dynamometer,  kemudian  menggoyangkan beban statis dynamometer untuk memastkan nilai torsi stabil.
4. Mengamati  konsumsi  bahan bakar yang  akan diuji pada tabung kuantitas  56 ml dan dihitung dengan stopwatch.
5. Mencatat  hasil  pengujian  yang  meliputi  Torsi,  tekanan  udara  pada manometer,  temperature  gas  buang,  dan  waktu  menghabiskan  56  ml  bahan bakar solar.
6. Mengulangi  pengujian  menggunkan  variasi  beban  statis  (3,5  kg  dan  4,5  kg) dengan variasi magnet (1600 rpm, 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm dan 2600 rpm)
b. Pengujian  prestasi  mesin  diesel  +  penggunaan  magnet  pada  saluran  injeksi minyak.
1. Mengoperasikan  mesin  dengan  menarik  poros  engkol  mesin,  kemudian memanaskan mesin selama 5menit, dan mengalirkan air ke dalam mesin.
2. Memasang  Magnet  X  (2500  Gauss)  /  Magnet  Y(2000  Gauss)  /  Magnet Z(350 Gass) pada saluran injeksi bahan bakar solar pada mesin diesel.
3. Mengatur  putaran  mesin  pada  1600  rpm  dengan  menggunakan  tuas kecepatan dan memastikan putaran mesin dengan melihat data analog pada instrumen tachometer .
4. Meletakkan beban statis pada dynamometer , kemudian menggoyang beban statis dynamometer untuk memastikan nilai torsi stabil
5. Mengamati  konsumsi  bahan  bakar  yang  akan  diuji  pada  tabung  kuantitas 56 ml dan dihitung dengan stopwatch.
6. Mencatat  hasil  pengujian  yang  meliputi  Torsi,  tekanan  udara  pada manometer,  temperatur  gas  buang,  waktu  menghabiskan  56  ml  bahan bakar.
7. Mengulangi  pengujian  menggunakan  variasi  beban  statis  (3,5  kg  dan  4,5 kg),  variasi  magnet,  dan  putaran  mesin  yang  berbeda  (1600  rpm,  1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm dan 2600 rpm).
8.
4. ANALISA & PEMBAHASAN

## Daya
Gambar 2 Grafik daya vs putaran pada beban 3,5 kg
Berdasarkan  gambar  2  diatas  dibandingkan  pada  bahan  bakar  solar  tanpa menggunakan  magnet,  menggunakan  magnet  X,  magnet  Y  dan  magmet  Z  daya mesin  cendrung  mengalami  meningkat.  Pada  pembebanan  statis  3,5  kg  daya tertinggi  diperoleh  dari  pengaruhpenggunaan  Magnet  X  pada  putaran  2600  yaitu sebesar : 3,266 kW, sedangkan daya terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu :
1,122 kW dengan menggunakan magnet Z.
Gambar 3 Grafik daya vs putaran pada beban 4,5 kg
Berdasarkan  gambar  3  diatas  dibandingkan  pada  bahan  bakar  solar  tanpa menggunakan  magnet,  menggunakan  magnet  X,  magnet  Y  dan  magmet  Z  daya mesin cendrung mengalami meningkat.
Pada  pembebanan  statis  4,5  kg  daya  tertinggi  diperoleh  dari  pengaruh penggunaan  Magnet  X  pada  putaran  2600  yaitu  sebesar  :  3.946  kW,  sedangkan daya  terendah  diperoleh  pada  putaran  1600  yaitu  sebesar  :  1.926  kW  dengan menggunakan Magnet Z.
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Gambar 4 Grafik SFC vs putaran pada beban 3,5 kg
Berdasarkan  gambar  4  diatas,  SFC  menurun  bila  dibandingkan  prestasi  mesin tanpa menggunakan magnet X, magnet Y dan magnet Z. Pada pembebanan statis 3,5  kg  sfc  tertinggi  diperoleh  dari  pengaruh  penggunaan  Magnet  z  pada  putaran 1600  yaitu  sebesar  :172  g/kWh,  sedangkan  sfc  terendah  diperoleh  pada  putaran 2600 yaitu :120g/kWh  dengan menggunakan Magnet X.
Gambar 5 Grafik SFC vs putaran  pada beban 4,5 kg
Berdasarkan  gambar  gambar  5  diatas,  SFC  menurun  bila  dibandingkan  prestasi mesin tanpa menggunakan magnet X, magnet Y dan magnet Z. Pada pembebanan statis  4,5  kg  sfc  tertinggi  diperoleh  dari  pengaruh  penggunaan  Magnet  Z  pada putaran  1600  yaitu  sebesar  :108  g/kWh,  sedangkan  sfc  terendah  diperoleh  pada putaran 2600 yaitu : 93 g/kWh dengan menggunakan Magnet X.
Efisiensi Thermal (𝜼 𝒃 )
Gambar 6 Grafik Efisiensi thermal vs putaran pada beban 3,5 kg
Berdasarkan  gambar  6  diatas,  efisiensi  thermal  cenderung  meningkat.  Pada pembebanan  statis  3,5  kg  efisiensi  termal  tertinggi  diperoleh  dari  pengaruh penggunaan  Magnet  X  pada  putaran  2600  yaitu  sebesar  :17,90  %  ;  sedangkan efisiensi  thermal  terendah  diperoleh  pada  putaran  1600  yaitu  :  11,76  % menggunakan Magnet Z.
Gambar 7 Grafik efisiensi thermal vs putaran pada beban 4,5 kg
Berdasarkan  gambar  7  diatas,  efisiensi  thermal  cenderung  meningkat.  Pada pembebanan  statis  4,5  kg  efisiensi  termal  tertinggi  diperoleh  dari  pengaruh penggunaan  Magnet  X  pada  putaran  2400  yaitu  sebesar  :  21,77  %  ;  sedangkan efisiensi  thermal  terendah  diperoleh  pada  putaran  1600  yaitu  :  18,72  % menggunakan Magnet Z.

## Air Flow Ratio (AFR)
Gambar 8 Grafik Air Flow Ratio vs putaran pada beban 3,5 kg.
Berdasarkan gambar 8 diatas Air Flow Ratio cenderung meningkat. Pada pembebanan statis 3,5 kg AFR tertinggi diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet X pada putaran 2400 yaitu sebesar :54,28; sedangkan AFR terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu :49,19 dengan menggunakan Magnet Z
Gambar 9 Grafik Air Flow Ratio vs putaran pada beban 4,5 kg.
Berdasarkan  gambar  9  diatas Air  Flow  Ratio cenderung  meningkat.  Pada pembebanan  statis  4,5  kg  AFR  tertinggi  diperoleh  dari  pengaruh  penggunaan Magnet  Xpada  putaran  2600  yaitu  sebesar  :52,80,  sedangkan  AFR  terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu :  45,61 dengan menggunakan Magnet Z.

## KESIMPULAN
1. Rata  –  rata  daya  mesin  ( power  brake )  yang  tertinggi  dihasilkan  dari  besar pengaruh  medan  magnet  terhadap  mesin  diesel  ini  adalah  3,238  kW  pada putaran  2600  pada  beban  4,5  kg  dengan  menggunakan  Magnet  X  (2500 Gauss). Daya yang terendah dihasilkan dari pengaruh medan magnet terhadap mesin  diesel  ini  adalah  1,122  kW  pada  putaran  1600  rpm  dengan  beban  3,5 kg menggunakan magnet Z (350 Gauss).
2. Konsumsi  bahan  bakar  (sfc)  tertinggi  diperoleh  dari  pengaruh  penggunaan Magnet  Z  (350  Gauss)  pada  putaran  1600  yaitu  sebesar  : 172  g/kWh  pada pembebanan  statis  3,5  kg,  sedangkan  sfc  terendah  diperoleh  pada  putaran
1600 yaitu : 113 g/kWh  dengan menggunakan Magnet X (2500 Gauss) pada pembebanan statis 3,5 kg.
3. Efisiensi  termal  tertinggi  diperoleh  dari  pengaruh  penggunaan  Magnet  X (2500 Gauss) pada putaran 2400  yaitu sebesar : 21,77 %  pada pembebanan statis 4,5 kg, sedangkan efisiensi termal terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu :  11,76 % dengan menggunakan Magnet Z (350 Gauss)
4. AFR  tertinggi  diperoleh  dari  pengaruh  penggunaan  Magnet  X  (2500  Gauss) pada  putaran  2400  yaitu  sebesar  : 54,58  pada  pembebanan  statis  3,5  kg, sedangkan AFR  terendah diperoleh pada putaran1600 yaitu :  45,61 dengan menggunakan Magnet Z (350 Gauss)  pada pembebanan 4,5 kg.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] F. Ariani et al 2017 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 277 012045
[2] Irvan et al 2017 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 206 012028
[3] Arismunandar,  Wiranto.  1988. Penggerak  Mula  Motor  Bakar  Torak . Penerbit : ITB Bandung
[4] Pulkrabek,  Willard  W.1997. Engineering  Fundamentals  Of  The  Internal Combustion Engine . Prentice Hall, New Jersey